Direction of arrival (DOA) estimation of multiple sources using sensor arrays has been widely studied in the last few decades, particularly, the spherical harmonic analysis utilizing a spherical array. Both the number of sensors on the aperture and size of the sphere can affect the estimation accuracy dramatically. However, those two factors are conflicted to each other in a single spherical array. In this paper, a multiple spherical arrays structure is proposed to provide an alternative design to the traditional single spherical array for the spherical harmonic decomposition, to obtain better localization performance. The new structure consists of several identical spheres in a given area, and the microphones are placed identically on each sphere. The spherical harmonic analysis algorithm using the new multiple array structure for the problem of multiple acoustic sources localization is presented. Simulation results show that the multiple spherical arrays can provide a more accurate direction of arrival (DOA) estimation for the multiple sources than that of a single spherical array, distinguish several adjacent sources more efficiently, and reduce the number of microphones on each sphere without decreasing its’ estimation accuracy.
In this study, we developed a global ionosphere model based on measurements from a worldwide network of global positioning system (GPS). The total number of the international GPS reference stations for development of ionospheric model is about 100 and the spherical harmonic expansion approach as a mathematical method was used. In order to produce the ionospheric total electron content (TEC) based on grid form, we defined spatial resolution of 2.0 degree and 5.0 degree in latitude and longitude, respectively. Two-dimensional TEC maps were constructed within the interval of one hour, and have a high temporal resolution compared to global ionosphere maps which are produced by several analysis centers. As a result, we could detect the sudden increase of TEC by processing GPS observables on 29 October, 2003 when the massive solar flare took place.
The largest terms in the solid Earth body tide calculation are second degree spherical harmonic components due to the moon or the sun, and they compose about 98 percent of total contribution. Each degree harmonics of the tidal perturbation should be evaluated through multiplication with distinct Love numbers or their combinations. Correct evaluation of these terms in gravity tide is considered with re-calculated Love numbers. Frequency dependence of Love numbers for spherical harmonic tide upon the order number is discussed. Tidal displacement and tidally induced deviation of the vertical are also evaluated. Essential concepts underlying the body tide calculation are briefly summarized.
The main objective of this paper is to develop the finite element study on the nonlinear free vibration of functionally graded nanocomposite spherical shells reinforced with graphene platelets under the first-order shear deformation shell theory and von Kármán nonlinear kinematic relations. The governing equations are presented by introducing the full asymmetric nonlinear strain-displacement relations followed by the constitutive relations and energy functional. The extended Halpin-Tsai model is utilized to specify the overall Young's modulus of the nanocomposite. Then, the finite element formulation is derived and the quadrilateral 8-node shell element is implemented for finite element discretization. The nonlinear sets of dynamic equations are solved by the use of the harmonic balance technique and iterative method to find the nonlinear frequency response. Several numerical examples are represented to highlight the impact of involved factors on the large-amplitude vibration responses of nanocomposite spherical shells. One of the main findings is that for some geometrical and material parameters, the fundamental vibrational mode shape is asymmetric and the axisymmetric formulation cannot be appropriately employed to model the nonlinear dynamic behavior of nanocomposite spherical shells.
This paper analyzed the magnetic field produced by the cylindrical stator coils of permanent magnet spherical motor (PMSM). The elliptic equations about the vector magnetic potential were given. Given that the eddy current effects are neglected, the magnet field of the PMSM is regarded as irrotational field, which can be calculated by scalar magnetic potential. The current density of cylindrical stator coil was proposed based on the definition of current density. The expression of current density of stator coil was obtained according to the double Fourier series decomposition and spherical harmonic functions. Then the magnetic flux density for scalar magnetic potential was derived. Further, the influence of different parameters on radial flux density was also analyzed. Finally, the results by the analytical method in this paper were validated by finite element analysis (FEA).
I presented three vector crustal magnetic anomaly components and six gradients by using spherical Slepian functions over the cap area of $20^{\circ}$ of radius centered on the South Pole. The Swarm mission, launched by European Space Agency(ESA) in November of 2013, was planned to put three satellites into the low-Earth orbits, two in parallel in East-West direction and one in cross-over of the higher altitude. This orbit configuration will make the gradient measurements possible in North-South direction, vertical direction, as well as E-W direction. The gravity satellites, such as GRACE and GOCE, have already implemented their gradient measurements for recovering the accurate gravity of the Earth and its temporal variation due to mass changes on the subsurface. However, the magnetic gradients have little been applied since Swarm launched. A localized magnetic modeling method is useful in taking an account for a region where data availability was limited or of interest was special. In particular, computation to get the localized solutions is much more efficient and it has an advantage of presenting high frequency anomaly features with numbers of solutions fewer than the global ones. Besides, these localized basis functions that were done by a linear transformation of the spherical harmonic functions, are orthogonal so that they can be used for power spectrum analysis by transforming the global spherical harmonic coefficients. I anticipate in scientific and technical progress in the localized modeling with the gradient measurements from Swarm and here will do discussion on the results of the localized solution to represent the three vector and six gradient anomalies over the Antarctic area from the synthetic data derived from a global solution of the spherical harmonics for the crustal magnetic anomalies of Swarm measurements.
In this work, dynamic stability analysis of the ball after contacting with the earth in the volleyball game is presented. Via spherical shell coordinate, the governing equations and general boundary conditions of the ball after contacting with the earth in the volleyball game is studied. Via Comsol multi-physics simulation, some results are presented and a verification between the outcomes is studied. Harmonic differential quadrature method (HDQM) is utilized to solve the dynamic equations with the aid of boundary nodes of the current spherical shell structure. Finally, the results demonstrated that thickness, mass of the ball and internal pressure of the ball alters the frequency response of the structure. One important results of this study is influence of the internal pressure. Higher internal pressure causes lower frequency and hence reduces the stability of the ball.
Carreno, A.;Vidal-Ferrandiz, A.;Ginestar, D.;Verdu, G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.12
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pp.3861-3878
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2021
The steady-state simplified spherical harmonics equations (SPN equations) are a higher order approximation to the neutron transport equations than the neutron diffusion equation that also have reasonable computational demands. This work extends these results for the analysis of transients by comparing of two formulations of time-dependent SPN equations considering different treatments for the time derivatives of the field moments. The first is the full system of equations and the second is a diffusive approximation of these equations that neglects the time derivatives of the odd moments. The spatial discretization of these methodologies is made by using a high order finite element method. For the time discretization, a semi-implicit Euler method is used. Numerical results show that the diffusive formulation for the time-dependent simplified spherical harmonics equations does not present a relevant loss of accuracy while being more computationally efficient than the full system.
The stability of the steady Rossby-Haurwitz wave (R-H wave) in the nondivergent barotropic model (NBM) on the sphere was investigated with the normal mode method. The linearized NBM equation with respect to the R-H wave was formulated into the eigenvalue-eigenvector problem consisting of the huge sparse matrix by expanding the variables with the spherical harmonic functions. It was shown that the definite threshold R-H wave amplitude for instability could be obtained by the normal mode method. It was revealed that some unstable modes were stationary, which tend to amplify without the time change of the spatial structure. The maximum growth rate of the most unstable mode turned out to be in almost linear proportion to the R-H wave amplitude. As a whole, the growth rate of the unstable mode was found to increase with the zonal- and total-wavenumber. The most unstable mode turned out to consist of more-than-one zonal wavenumber, and in some cases, the mode exhibited a discontinuity over the local domain of weak or vanishing flow. The normal mode method developed here could be readily extended to the basic state comprised of multiple zonalwavenumber components as far as the same total wavenumber is given.
The aim of this paper is to investigate the secondary buckling behaviour and mode-coupling of spherical caps under uniformly external pressure. The analysis makes use of a rotational finite shell element on the basis of strain-displacement relations according to Koiter's shell theory (Small Finite Deflections). The post-buckling behaviours after a bifurcation point are analyzed precisely by considering multi-mode coupling between several higher order harmonic wave numbers: and on the way of post-buckling path the positive definiteness of incremental stiffness matrix of uncoupled modes is examined step by step. The secondary buckling point that has zero eigen-value of incremental stiffness matrix and the corresponding secondary mode are obtained, moreover, the secondary post-buckling path is traced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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